一、实验目的
1. 测定电源的电动势和内阻,深化对电路基本概念的理解。
2. 加强实践操作能力,通过实验掌握数据处理和图像分析的方法。
二、实验原理简述
如图甲所示,调整电阻R的阻值,读取不同状态下的电压表U和电流表I的值。结合闭合电路欧姆定律,求出电源的电动势E和内阻r的多个值,并计算其平均值。利用图像法处理数据,绘制U-I图像,通过图像分析得到电源的电动势和内阻。
三、实验所需器材
电池、精确电压表、精确电流表、可调滑动变阻器、开关、优质导线、坐标纸及刻度尺。
四、实验步骤详解
1. 设置电流表至0.6A量程,电压表至3V量程,并按照实验原理图连接电路。
2. 将滑动变阻器的阻值调整至最大,以保护电路元件及避免电流过大。
3. 闭合开关,缓慢调整滑动变阻器,使电流表有明确读数,并记录一组数据(I1, U1)。重复此步骤测量多组数据,并记录在表格中。
4. 断开开关,拆除电路连接,整理好所有器材。
五、数据处理与分析
1. 公式法:利用多组U、I数据,通过联立方程组求解电动势E和内阻r的平均值。
2. 图像法:在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U-I坐标系。根据测得的数据点描绘出曲线,并通过直线拟合。直线的斜率绝对值即为内阻r的值,直线与纵轴交点的纵坐标即为电动势E的值。
六、误差及注意事项
1. 偶然误差:主要来源于电表的读数不准确及图像法处理时的作图误差。
2. 系统误差:实验原理图中电压表的分流可能导致测量结果偏小。实际测得的电动势E和内阻r均小于真实值。
3. 操作注意事项:选用旧电池以增大内阻变化;控制电流大小以避免电池性能变化;快速读数并立即断电以保护电池;至少测量6组以上数据以增加数据可靠性。
4. 标度选择:纵坐标可以不从零开始,但需合理选择标度,以便更好地在坐标纸上描绘数据点并作图。